Para controlar cargas potentes en circuitos de CA, a menudo se utilizan relés electromagnéticos. Los grupos de contacto de estos dispositivos sirven como una fuente adicional de falta de fiabilidad debido a la tendencia a quemarse, soldarse. Además, la posibilidad de chispas durante la conmutación parece una desventaja, lo que en algunos casos requiere medidas de seguridad adicionales. Por lo tanto, las llaves electrónicas parecen preferibles. Una de las opciones para tal clave se realiza en triacs.
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¿Qué es un triac y por qué es necesario?
En la electrónica de potencia, uno de los tipos se utiliza a menudo como elemento de conmutación controlado. tiristores - trinistores. Sus ventajas:
- ausencia de un grupo de contacto;
- falta de elementos mecánicos giratorios y móviles;
- pequeño peso y dimensiones;
- largo recurso, independiente del número de ciclos on-off;
- bajo costo;
- funcionamiento silencioso y de alta velocidad.
Pero cuando se usan trinistores en circuitos de CA, su conducción unidireccional se convierte en un problema. Para que el trinistor pueda pasar corriente en dos sentidos, hay que recurrir a trucos en forma de conexión en paralelo en sentido contrario de dos trinistores controlados simultáneamente. Parece lógico combinar estos dos SCR en una carcasa para facilitar la instalación y reducir el tamaño. Y este paso se dio en 1963, cuando los científicos soviéticos y los especialistas de General Electric presentaron casi simultáneamente solicitudes de registro de la invención de un trinistor simétrico - triac (en terminología extranjera, triac, triac - triodo para corriente alternativa).
De hecho, el triac no es literalmente dos trinistores colocados en una caja.
Todo el sistema está implementado en un solo cristal con diferentes bandas de conductividad p y n, y esta estructura no es simétrica (aunque la característica de corriente-voltaje de un triac es simétrica con respecto al origen y es una característica I-V especular). de un trinistor). Y esta es la diferencia fundamental entre un triac y dos trinistores, cada uno de los cuales debe ser controlado por una corriente positiva en relación con el cátodo.
El triac no tiene ánodo y cátodo en relación con la dirección de la corriente transmitida, pero en relación con el electrodo de control, estas conclusiones no son equivalentes. Los términos "cátodo condicional" (MT1, A1) y "ánodo condicional" (MT2, A2) se encuentran en la literatura. Son convenientes para describir el funcionamiento del triac.
Cuando se aplica una media onda de cualquier polaridad, el dispositivo primero se bloquea (sección roja del CVC).Además, al igual que con el trinistor, la activación del triac puede ocurrir cuando se excede el nivel de voltaje de umbral para cualquier polaridad de la onda sinusoidal (sección azul). En las llaves electrónicas, este fenómeno (efecto dinistor) es bastante perjudicial. Debe evitarse al elegir un modo de funcionamiento. La apertura del triac se produce aplicando corriente al electrodo de control. Cuanto mayor sea la corriente, antes se abrirá la llave (área discontinua roja). Esta corriente se crea aplicando un voltaje entre el electrodo de control y el cátodo condicional. Este voltaje debe ser negativo o tener el mismo signo que el voltaje aplicado entre MT1 y MT2.
A un determinado valor de corriente, el triac se abre inmediatamente y se comporta como un diodo normal, hasta el bloqueo (áreas verdes discontinuas y sólidas). La mejora en la tecnología conduce a una disminución de la corriente consumida para desbloquear completamente el triac. Para modificaciones modernas, es de hasta 60 mA e inferior. Pero uno no debe dejarse llevar por la reducción de la corriente en un circuito real; esto puede conducir a una apertura inestable del triac.
El cierre, como un trinistor convencional, ocurre cuando la corriente cae a un cierto límite (casi a cero). En el circuito de CA, esto ocurre cuando el siguiente paso por cero, después de lo cual será necesario aplicar un pulso de control nuevamente. En los circuitos de CC, el apagado controlado del triac requiere soluciones técnicas engorrosas.
Características y limitaciones
Existen restricciones sobre el uso de un triac cuando se conmuta una carga reactiva (inductiva o capacitiva). En presencia de dicho consumidor en el circuito de CA, las fases de voltaje y corriente se desplazan entre sí. La dirección del cambio depende de la naturaleza de la reactividad y la magnitud - sobre el valor del componente reactivo. Ya se ha dicho que el triac se apaga en el momento en que la corriente pasa por cero. Y la tensión entre MT1 y MT2 en este momento puede ser bastante grande. Si la tasa de cambio de voltaje dU/dt al mismo tiempo excede el valor umbral, es posible que el triac no se cierre. Para evitar este efecto, paralelo a la ruta de alimentación del triac incluya varistores. Su resistencia depende del voltaje aplicado y limitan la tasa de cambio de la diferencia de potencial. Se puede lograr el mismo efecto usando una cadena RC (amortiguador).
El peligro de exceder la tasa de aumento de corriente al cambiar la carga está asociado con el tiempo finito de activación del triac. En el momento en que el triac aún no se ha cerrado, puede resultar que se le aplique un gran voltaje y, al mismo tiempo, una corriente suficientemente grande fluya a través de la ruta de alimentación. Esto puede provocar la liberación de una gran potencia térmica en el dispositivo y el cristal puede sobrecalentarse. Para eliminar este defecto, es necesario, si es posible, compensar la reactividad del consumidor mediante la inclusión secuencial en el circuito de reactividad de aproximadamente el mismo valor, pero de signo opuesto.
También debe tenerse en cuenta que en el estado abierto, el triac cae aproximadamente 1-2 V. Pero dado que el alcance es un interruptor de alto voltaje potente, esta propiedad no afecta el uso práctico de los triac. La pérdida de 1-2 voltios en un circuito de 220 voltios es comparable al error de medición de voltaje.
Ejemplos de uso
El área principal de uso del triac es la clave en los circuitos de CA.No existen restricciones fundamentales sobre el uso de un triac como clave de CC, pero tampoco tiene sentido. En este caso, es más fácil usar un trinistor más barato y común.
Como cualquier llave, el triac está conectado al circuito en serie con la carga. Encender y apagar el triac controla el suministro de voltaje al consumidor.
Además, el triac se puede usar como regulador de voltaje en cargas que no se preocupan por la forma del voltaje (por ejemplo, lámparas incandescentes o calentadores térmicos). En este caso, el esquema de control se ve así.
Aquí, se organiza un circuito de cambio de fase en las resistencias R1, R2 y el condensador C1. Al ajustar la resistencia, se logra un cambio en el comienzo del pulso en relación con la transición del voltaje de la red a través de cero. Un dinistor con una tensión de apertura de unos 30 voltios es el responsable de la formación del pulso. Cuando se alcanza este nivel, se abre y pasa corriente al electrodo de control del triac. Es obvio que esta corriente coincide en dirección con la corriente a través de la ruta de alimentación del triac. Algunos fabricantes producen dispositivos semiconductores llamados Quadrac. Tienen un triac y un dinistor en el circuito del electrodo de control en una carcasa.
Tal circuito es simple, pero su corriente de consumo tiene una forma marcadamente no sinusoidal, mientras que se crea una interferencia en la red de suministro. Para suprimirlos, es necesario usar filtros, al menos las cadenas RC más simples.
Ventajas y desventajas
Las ventajas del triac coinciden con las ventajas del trinistor descritas anteriormente. Para ellos, solo necesita agregar la capacidad de trabajar en circuitos de CA y un control simple en este modo. Pero también hay desventajas.Se refieren principalmente al área de aplicación, que está limitada por el componente reactivo de la carga. No siempre es posible aplicar las medidas de protección sugeridas anteriormente. Además, las desventajas incluyen:
- mayor sensibilidad al ruido y la interferencia en el circuito del electrodo de control, lo que puede causar falsas alarmas;
- la necesidad de eliminar el calor del cristal: la disposición de los radiadores compensa las pequeñas dimensiones del dispositivo y para cambiar cargas potentes, el uso contactores y el relevo se vuelve preferido;
- limitación en la frecuencia de operación - no importa cuando se opera a frecuencias industriales de 50 o 100 Hz, pero limita el uso en convertidores de voltaje.
Para el uso competente de triacs, es necesario conocer no solo los principios de funcionamiento del dispositivo, sino también sus deficiencias, que determinan los límites del uso de triacs. Solo en este caso, el dispositivo desarrollado funcionará durante mucho tiempo y de manera confiable.
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